Minikits 70cm ATV eindtrap met RA30H4047M metingen+afregelen

[Tjalling PE1RQM]

Gebruik eventueel shift-klik om links in een nieuw venster te openen
In de reacties staan updates die zeer relevant kunnen zijn. De nieuwste reacties bevatten de meest recente inzichten.

In 2007 hebben we met een groepje medeamateurs een eindtrapje gekocht, om een 2-20mW 70cm ATV signaal te versterken naar 10 tot 20 Watt. Sommigen gebruiken dit vervolgens weer om een andere eindtrap aan te sturen.
Ik heb hem ook gebouwd en wilde wat meetervaringen met jullie delen, op de hoop dat er een discussie los komt. Veel meetervaring heb ik namelijk niet en daarom wil ik er graag de ervaringen van anderen naast leggen.

Het gaat om een kit van de firma Minikits met het Mitsubishi module type RA30H4047M. En voor FM liefhebbers: dit ding kan van 50mW FM, meer dan 35Watt maken.

Allereerst betrof het een module die een beetje een kromme plaat had, welke je moet bevestigen aan het koelblok. Dat was duidelijk aangegeven en hoe je dat moest afvlakken. Tijdens dit schuurwerkje komt er veel koperstof in het module en het is absoluut noodzakelijk dat eerst schoon te maken, alvorens je het module in gebruik neemt (kapje er af)! Als je een rechte hebt, is dit schuren natuurlijk niet nodig. Een kromme plaat koelt natuurlijk slecht, maar het kan bij het aandraaien ook het keramische binnenwerk doen knappen!

Voor 70cm ATV is een zeer grote mate van lineariteit nodig. Voor SSB en AM echter, is het vaak al voldoende een transistor een beetje bias (stuurstroom) te geven, zodat de transistor al iets open staat (klasse A/B). Voor een televisie signaal is dat niet voldoende en is klasse A echt nodig. Het is een breedbandig signaal met meerdere gecombineerde signalen (zoals de video en de audio draaggolf). Bij niet-lineariteit krijg je mengproducten tussen van deze gecombineerde signalen. Dit maakt de eindtrap zelf. Zo kan bijvoorbeeld de audiocarrier zich onder mengen met de videocarrier en zie je op 428.750 MHz ook ineens een audiosignaal, terwijl je normaal alleen op 434.250 en 439.750 MHz uitzendt, met daartussen nog meer videosignaal. Het gehele signaal spiegelt dus! Dat kost je niet alleen vermogen, maar is ook niet echt netjes voor je mede amateurs op de lagere frequenties in de 70cm band en voor instellingen die gebruik maken van het stukje net onder de 70cm band. Even ter info; AM televisie kent een onderdrukte onder-zijband, zodat de bandbreedte verminderd.

Ik kreeg de vraag, of het niet de resten van de onderdrukte zijband uit mijn zender was, die ik aan het versterken was. Nee, want het was gerelateerd aan de bias en niet aan het uitgangsvermogen.

Dit is in concept mijn bouwsel:

minikits.jpg (30.05 KiB) 19406 keer bekeken

Ik moet nog een blikje maken om de boel beter af te schermen. Wat het weglaten van dit blikje vooralsnog op onderstaande metingen van invloed is geweest, zal ik later bespreken, als ik zover ben!

Dummyload er aan, BIAS potmeter helemaal dicht, voeding er op, zender aan op laagste vermogen (10mW **) zonder beeld en langzaam de bias potmeter opdraaien. Met het opregelen van de bias regel je ook het uitgangsvermogen. Ik moest een goede balans vinden tussen ingangsvermogen (uit de zender dus) en de Bias, om een lineair stukje te zoeken van de MOSFET in het module.

Ik had een 500MHz spectrum analyzer geleend van Timo PE1FOD, welke van voldoende kwaliteit is om aan een uitgezonden TV signaal te meten.

Toen ik de bias iets open draaide, kwam er gelijk meter uitslag op mijn power meter. Overigens; een normale power meter kan geen betrouwbare meting doen, als je de videodraaggolf moduleert. Door het geinverteerde AM is het uitgezonden vermogen niet continue. Dus even geen video aanbieden.

Ik zag al gelijk een kopie van mijn audiodraaggolf ontstaan op 428.750 MHz. Terwijl mijn zender die voldoende onderdrukt had aangeboden! Dus dat is te wijten aan niet-lineariteit van de eindtrap. Dus de bias maar wat verder opdraaien. En ja hoor, er was een dip! De stuurstroom op ca. 1,3 A (achteraf gezien als je de zender uitschakelt) gaf de minste rommel op de onderzijband. Even monitoren met een setje op 428,750 en het was zelfs uit te dippen tot een minimum.

Resultaat: met 10mW ** ingangsvermogen las ik op de meter een uitgangsvermogen van 8 Watt. De kopie van mijn audio carrier was ca. 45dB zwakker dan de videodraaggolf. De échte audiodraaggolf is al 13 dB zwakker dan de videodraaggolf, dus het verschil tussen de echte en de kopie draaggolf is ongeveer -32dB.

Belangrijk!!; reflecties in je shack kunnen ook tot mengproducten leiden. Wees je daarvan bewust en meet niet te veel "door de lucht". Ik heb aan de spectrum analyzer direct een antennetje gemonteerd en daaraan de dummyload met tape vastgeplakt. Dat weer omwikkeld met aluminium folie (wel een beetje een Flintstone oplossing, ik weet het).

meting1.jpg (24.17 KiB) 19406 keer bekeken

Ieder hokje is 10dB. Het meest rechter signaal is de echte audiocarrier op 439.750 MHz. De middelste draaggolf is de videodraaggolf op 434.250 MHz. Het piekje links is het mengproduct van deze twee.

Update: De truuk met dat aluminiumfolie zoals hier boven is beschreven leverde gunstiger resultaten op en was het verschil zelfs -55dB!

Nou, een redelijke lineariteit dus, maar pas op, als je hier nog weer een eindtrap achter gaat zetten! Dan vind ik het echt te kort schieten.

Kijk maar eens als je gaat moduleren, dan ziet het er minder gunstig uit:

meting2.jpg (25.03 KiB) 19406 keer bekeken

Gemoduleerd signaal

Nu de dip gevonden is, het zender vermogen maar eens opvoeren. Met kleine stapjes bleef ik al vrijwel in het begin steken op 11-12 mWatt ** ingangsvermogen (10 Watt uitgangsvermogen zonder beeld). Ik zag het beeld "overbelicht" worden op mijn TV kaart in de PC. De gewone TV maar eens aangezet en die gaf een mooi beeld. Ik dacht dat ik misschien de TV kaart aan het oversturen was, maar ik zond op een dummyload en de TV kaart ontving op een draadje in de shack.... reflecties??? Kan ook een raar beeld geven namelijk. Maar nee, na een tijdje spelen was ik er achter gekomen dat het zendvermogen van invloed was op deze "sync-compressie". In feite wordt je AM signaal in elkaar gedrukt. Nog even door tot 15 Watt en dit is het verschil:

10 Watt:

10watt.jpg (24.58 KiB) 19406 keer bekeken

15 Watt:

15watt.jpg (23.81 KiB) 19406 keer bekeken

Ik kan er dus 10 Watt uit halen op de meter (zonder beeld), met een bias van 1,3 Ampere (meten door zender uit te schakelen). De gewone TV blijft bij een hoger vermogen wel goed beeld geven, ondanks de modulatie in elkaar gedrukt wordt, wat ook meetbaar was op de spectrum analyzer. De TV-kaart lijkt zijn AGC te regelen aan de hand van het sync signaal. Door sync-compressie wordt het sync signaal in verhouding tot het videosignaal te zwak en regelt de TV-kaart zijn AGC het beeld te ver op.

Update: Op de Yagi antenne kon ik iets verder; tot 15 Watt voordat compressie zichtbaar werd.... Vreemd... iets om uit te zoeken!

Nu graag jullie bevindingen, of reacties met soortgelijke projecten. Dit document kan héél goed fouten bevatten en daar is ook dit forum voor. Voel je vrij mij te corrigeren, of te reageren!

**) Correctie van ingangsvermogen, zie reacties

Hier staan nog wat foto's van het eindtrapje in mijn fotoalbum

[Tjalling PE1RQM]

Even wat puntjes, om verwarring te voorkomen:

- Verwar dit niet met harmonischen, dat is heel wat anders.
- De sterkte van de gespiegelde carrier is van invloed op de bias, en niet in relatie met de sterkte van de beelddraaggolf (in verhouding), waarom ik denk dat het niet een versterking is van de "onderdrukte" onderzijband (resten) uit de zender.
- Het meest lineaire deel van de module is te vinden door een juiste verhouding tussen het ingangsvermogen te kiezen en de bias (wat het uitgangsvermogen bepaalt).

Even over de prestaties algemeen; ik had een prima beeld op de nieuwe 70cm ingang op PI6ATV en gebruikte 15 Watt. Zelfs door experimenteel terug te gaan naar 150mW, had ik nog een B2. Ik heb een vrij zicht op de Gerbrandytoren en de afstand is 16km. Ik gebruikte een 13dB Yagi.

[Tjalling PE1RQM]

Even een correctie met betrekking tot het ingangsvermogen (ofwel het vermogen wat uit de modulator/zender komt). Ik had het over 10mW plusminus. Dat moet ca. 2mW zijn werd mij onlangs duidelijk. Ik kan dergelijke vermogens niet meten, dus moest uitgaan van de aflezing op de modulator. Daar stond 110dBuV. En ik denk dat dat dus eigenlijk 2mW is. Mijn modulator kan tot 120dBuV en dat is dan 20mW. Denk om de logaritmische schaal van dB's als je tussenwaarden wil berekenen.

Als iemand hier meer van weet, hoor ik het wel.

Opsomming van enkele waarden:
110 dBuV - 2 mW
113 dBuV - 4 mW
116 dBuV - 8 mW
119 dBuV - 16 mW
120 dBuV - 20 mW

Nu aan jullie om mij te corrigeren als dit niet goed is! Maar het niet durven posten is ook niets. Geef graag ook even door als bovenstaand lijstje wel goed is. TNX!!

[PA2ET]

Lijkt mij prima want:
Eerste voorbeeld

Code: Selecteer alles

110 dBuV   = 20 log (U1/U2)

5,5        = log (U1/U2)
(U1/U2)    = 10 ^ 5,5
(U1/U2)    = 316227,8
Waarbij geldt U2 = 1uV, derhalve:

U1         = 0,316 V

P          = U^2/R
p          = (0,316^2)/50 = 2mW

Let op, alleen geldig als de impedanties in de keten 50 ohm zijn!
Verder is iedere 3dB meer een vermogensverdubbeling, dus de rest klopt ook.

[Tjalling PE1RQM]

Gelukkig maar. Ik heb inmiddels ook een Excel sheet gekregen van Timo PE1FOD, waar je gewoon getallen in kan kloppen. Ik zal eens vragen of ik die mag publiceren.

Maar goed, dan stuur ik dus mijn eindtrap met slechts 2mW aan, om 10 Watt te maken. Dat is een behoorlijke versterking van ik denk wel ca. 37 dB. Ik merkte al, dat als ik de versterking nog verder opvoerde (en bij dit module ook de bias), de eindtrap zelf bleef oscilleren na het uitschakelen van de zender. Uiteraard heb ik dat moment zo kort mogelijk weten te houden en was het op de dummy. Maar bij normaal bedrijf, met die instelling, was de eindtrap al helemaal niet meer lineair. Nu staat de bias op 1,3A en de versterking op 37dB. Met tussenschotjes in het afgeschermde kastje heb ik de uitgang nog wat beter weten te scheiden van de ingang.

Ergens is het dus wel wat jammer, dat dit module zo enorm gaat versterken, omdat bij AM-TV de bias vrij hoog moet worden ingesteld. En de bias is gekoppeld aan de versterking. Dat is één potmetertje. Ik zie het gevaar van ruis en stoorsignalen op de coax tussen de zender en eindtrap. En wat gebeurt er als er terugkoppeling plaatvindt van het uitgezonden signaal in de coax/connectoren tussen zender en eindtrap? Gevaar voor paracitaire oscillatie, of is dat weer wat anders?

Wellicht doe ik er verstandig aan, om een verzwakker aan te brengen aan de binnenkant van het afgeschermde kastje van de eindtrap, vlak achter de inkomende SMA. Als ik dan intern met 10dB verzwak, kan de zender op 20mW (120dBuV), ipv 2mW (110dBuV). Wie is het daarmee eens/oneens? En hoe maak ik een verzwakker, zonder van die 50 Ohm af te gaan wijken?

[PA2ET]

Een verzwakker is een heel goed idee, het isoleert de stuurzender van de eindtrap en beide "zien" een ohmse impedantie en dat is bevorderlijk voor de stabiliteit.

Zelf heb ik een pi verzwakker aan de ingang van mijn 6m lineair moeten plaatsen om de zelfde redenen namelijk oscilleren na het wegnemen van het stuursignaal.

Geen Excelsheet maar een link:

http://members.home.nl/mvanwesten/nl_atten.html

[Tjalling PE1RQM]

Ah natuurlijk, de pi verzwakker. Timo heeft op zijn projectenpagina al eens een lijst gepubliceerd Link: lijst

Dat moet wel te doen wezen. Alleen moet ik even wat gangbare waarden vinden voor de weerstanden, in combinatie met de verzwakking en 50 Ohm impedantie. Gelukkig is het ingangsvermogen al minimaal, dus hoef ik me ook niet over de dissipatie nog ongerust te maken.

Binnenkort ga ik daar mee bezig en publiceer ik hier de resultaten wel weer. Want er zijn best veel mensen die geinteresseerd zijn in een minikits eindtrapje voor 70cm ATV.

[PA2ET]

20mW -> 2mW is 10dB verzwakking:
Volgens de calculator, T-netwerkje:
R1=R3=26 ohm -> 27 ohm
R2=35 ohm -> 33 ohm

Je komt dan aardig in de buurt, belangrijker is de afwezigheid van reactieve componenten in je verzwakker, je kan dan het beste SMD weerstanden gebruiken van voldoende vermogen. Hoewel 20 mW nu niet echt schokkend is.

[Tjalling PE1RQM]

Zo, weer even lekker aan de pruts geweest hier.

Ik heb een T-verzwakker ingebouwd (tnx PA2ET) in de Minikits PA. De reden is de grote versterking van het module bij de door mij gebruikte stuurstroom in het module. Ik heb gekozen voor ca. 8dB verzwakking, zodat ik de eindtrap ook nog iets kan oversturen, om daarna de meest ideale balans te vinden tussen bias, versterking en mengproducten onderdrukking.

Mijn T-verzwakker:
R1 en R3 = 22 Ohm
R2 = 47 Ohm

Links zie je de ingang. Daar heb ik sleufjes gesneden in de printspoor, om straks de SMD weerstanden op te plaatsen.

Zo ziet mijn T-verzwakker er uit nu. Bij SMD weerstanden geldt voor de opdruk:
eerste twee getallen de waarde, derde getal het aantal nullen. Het getal "nul" betekent dus nul nullen. Snapt u het nog? :)

De zender moet ik nu instellen op 115dBuv, ipv 110dBuv, dat is een verschil van 5dB. Prima zat, ik weet ook niet hoe nauwkeurig die uitlezing is van de zender.

In de volgende reactie zal ik toelichten, hoe ik de eindtrap weer opnieuw heb afgeregeld, met een hele acceptabele onderdrukking van mengproducten.

En hier zijn de foto's van de Minikits PA, met ingebouwde T-verzwakker:

Overzicht van het binnenwerk

En meten maar!

Klepje er weer op

[PA2ET]

Mooi geprutst Tjalling! Gelukkig zijn er nog (steeds) zelfbouwers.

eerste twee getallen de waarde, derde getal het aantal nullen. Het getal "nul" betekent dus nul nullen. Snapt u het nog?

Dat klopt prima, dat aantal nullen!
Maar het is eigenlijk een vermenigvuldiger, uitgedrukt als exponent van een macht van tien:

b.v.

Code: Selecteer alles

470 == 47x10^0=47x1=    47 ohm.
471 == 47x10^1=47x10=  470 ohm.
472 == 47x10^2=47x100=4700 ohm.

Maar voor het gemak kan je gerust het aantal nullen nemen.

[Tjalling PE1RQM]

Zo heb ik de Minikits lineaire eindtrap afgeregeld voor specifiek AM-TV. En dan wel met de T-verzwakker zoals hierboven is beschreven!

Benodigdheden:
-Spectrum analyzer (gebruikt: 500MHz type zelfbouw van Timo)
-Voeding: minimaal 5 Ampere @ 13,8 volt
-Stroommeter/Amperemeter
-Zender met uitgangsvermogen die regelbaar is van 110dBuv - 120dBuv (2 tot 20mW), liefst in stappen niet groter dan 0,5dBuV (gebruikt: TV modulator). Wees ervan overtuigd dat de onderzijband écht goed onderdrukt uit de zender komt!
-Powermeter voor 70cm
-Dummy of antenne

Afregelen
-Stel je zender in op 110dBuV, maar schakel de RF nog even niet aan.
-Plaats de Amperemeter in serie met de voedingslijn naar de eindtrap en schakel de voeding in.
-Regel de bias potmeter op ongeveer 1 Ampere stroomopname (zender staat dus nog niet aan!).
-Schakel de zender zonder video op de ingang in en meet het uitgangsvermogen (Syncvermogen / Wsync). Dat zal met 110dBuv nu wel niet zoveel wezen.
-Meet nu met de analyzer je uitgezonden signaal (nog steeds geen video aan je zender aanbieden). Denk om de reflecties zoals in het begin van dit topic ook al eens is beschreven! Wat je wil meten zijn namelijk de mengproducten die de eindtrap zelfstandig produceert. Ik heb de buitenantenne genomen als ingang, die naast de 70cm Yagi opgesteld staat. Op de analyzer heb ik wel 20dB verzwakking ingeschakeld, omdat het signaal een beetje aan de hoge kant was op deze manier. Omdat deze antennes allebei redelijk vrij staan (zie afbeelding), heb ik geen last van reflecties. Mooist zou natuurlijk een dummy zijn met een verzwakte uitgang, maar die heb ik niet.

Uitgezonden signaal op de TV kaart ontvangen

-Volgende stap, zie afbeelding:

Dip het linker mengproduct door de juiste balans te vinden tussen ingangsvermogen, bias en daaraan gekoppeld het uitgangsvermogen

- Dip het linker mengproduct (in mijn afbeelding niet meer zichtbaar, maar in het geel getekend), door de juiste balans te vinden tussen ingangsvermogen, bias en daaraan gekoppeld het uitgangsvermogen. Begin met 110dBuV en regel de bias zodanig, dat het mengrpoduct op 428.75 minimaal is. Regel dan het zendervermogen op met stapjes van 0,5dBuV en regel na ieder stapje de bias opnieuw af. Doe dit, tot je het minimale niveau hebt gevonden, in verhouding tot de videocarrier.
-Bij mij was dat op 113,5 dBuV en een bias van ca. 1,3A. Zodra ik de zender al op 114dBuV zet en de bias afregel, zie ik gelijk weer een piekje ontstaan op 428.75 MHz. Als je zender zelf een niet al te goede onderzijband-onderdrukking heeft, dan blijft je signaal zien op 428.75 MHz! Want de onderzijband is hetzelfde als het gespiegelde mengproduct wat wij hier meten. Verwar dat dan niet met elkaar.
-Laat de zender op dit "optimale" ingangsvermogen staan en meet met een setje het signaal op 428.75 MHz, maar dan wel op een dummyload ofzo. Het moet zwak binnenkomen op je set, ongeveer een S5. Regel eventueel de RF-gain wat terug. Nu kun je de bias zodanig afregelen, dat je op je setje de dip kunt naregelen. Dat komt héél precies! Eigenlijk was een meerslagenpotmeter voor de bias wel wenselijk.

-Het uitgangsvermogen (Wsync) zal wel tegen de 10Watt wezen zo. Ik heb er wel meer vermogen uitgekregen, maar dat ging allemaal in de mengrpoducten zitten! En zoals verwacht werd het signaal aan de ontvangende kant er niet beter op, zelfs slechter. Heb dus niet de illusie dat je meer dan 10Watt AM-TV kunt maken met deze eindtrap!

-Als je nu video aanbiedt, zul je zien dat het afgelezen vermogen op je powermeter keldert. Dat klopt, maar in werkelijkheid blijft de piek van je modulatie op het vermogen uitkomen, wat je had afgelezen toen je geen video aanbood. En dat is goed te zien op je spectrum analyzer.

Nadat je video hebt aangeboden aan je zender, zie je weer een piekje ontstaan op 428.75 MHz, dat is je uiteindelijke onderdrukking ten opzichte van de videocarrier. Dat moet ongeveer 50dB zijn.

Uiteindelijke gemeten waarden bij mij:
Stroomopname eindtrap zonder ingangsvermogen: ca. 1,3 A
Stroomopname eindtrap met ingangsvermogen, alleen sync: 3,3 A
Verschil is dus 2A. Bij een rendement van bijna 50% is dat dus ongeveer 10Watt.
Stroomopname eindtrap met ingangsvermogen én video: hangt af van het aangeboden video en je Amperemeter, maar ligt gemiddeld rond 2,2A.

[Tjalling PE1RQM]

Als je deze eindtrap eindelijk hebt afgeregeld, dan moet je eigenlijk de voedingspanning niet meer regelen. Dat beinvloed weer de BIAS instelling. Daarom ben ik een vaste voeding gaan maken, die straks samen met de eindtrap in een behuizing kan worden geplaatst. Deze voeding is regelbaar met een meerslagen potmeter om de spanning nauwkeurig af te kunnen regelen in mijn geval op 13,8 Volt. Het schema is gebaseerd op dit ontwerp

Het concept is af en daarom alvast wat foto's Nu nog een mooie kast vinden.
Wat ook nog iets verbeterd kan worden is de ruis op de voedingspanning vanwege de erg modulerende belasting (signaal wat de eindtrap versterkt is amplitude gemoduleerd en de belasting gaat in dit ritme mee). Maar of dit erg is is maar de vraag.

[PA2ET]

Kijk, dat is nou een bureau blad naar mijn hart!

Je zegt ruis op de voedingsspanning, meet je die ruis ook over de afvlak elco's?

[Tjalling PE1RQM]

Ja, maar wel minder. Je ziet het wel op de afvlak C's.

Timo was hier even vanmiddag en hij zei dat ik een elko op de uitgang moest plaatsen met een lage inwendige weerstand. En 100nF, of 10nF tegen het HF. Die laatsten zaten er al in. Als in op de uitgang een Elko plaats, dan wordt de ruis aanzienlijk minder. Het maakt een erg groot verschil welke elko ik gebruik. En dan nog niet eens de capaciteit, maar de inwendige weerstand.

Verder is mij geadviseerd nog enkele draden dikker uit te voeren en vooral korter. Zodra ik alle aanpassingen gedaan heb, dan zal ik hier de meetwaarden plaatsen. Op dit moment is de ruis op de scoop ongeveer 150mV top-top. Met een willekeurige elko werd dat al verlaagd naar 40mVtt. Ik heb van Timo nu een mooie elko gekregen en eens kijken wat die gaat doen.

[PA2ET]

Dat is inderdaad de oplossing voor dat soort problemen, een low esr elco (esr = equivalent series resistance).
Voor ATV maar vooral voor SSB heb je een voeding nodig met een goed regelgedrag bij impulsbelasting dus een voeding met een lage dynamische uitgangsimpedantie. Zorg ook voor overmatige buffercapaciteit aan de afvlakzijde van je voeding, ga niet zomaar uit van de regel dat 1000uF per Ampere voldoende is!
Neem zoveel mogelijk uF aan de ingang! Als het daar weinig varieert, dan varieert het minimaal aan de uitgang van je voeding.

Neem ook voor je afvlak C een low esr type! Vaak zie je dat aan de temperatuur specificatie: 105 graden celsius.

Vaak vergeten we voor het gemak dat het vermogen van een versterker, eigenlijk uit de voeding komt ...